软组织

六、软组织的生物力学特性

（一）软组织的生物力学特性

1. 软组织的结构特征严格来说，在骨骼肌肉系统中，软组织主要有皮肤、浅层与深层筋膜、韧带、滑膜、软骨盘和关节软骨，以及肌肉肌腱。滑膜、软骨盘和关节软骨在关节生物力学中已经提及，这里主要讨论韧带和肌腱的生物力学特性。

软组织的主要特点是具有大量结缔组织纤维，结缔组织起源于胚胎时期的间充质，具有连接、支持、养、保护等功能。其细胞少而排列稀疏，细胞间质非常发达。与人体运动有关的致密结缔组织多为规则结缔组织与不规则结缔组织。软组织的基质具有支持和固着细胞的功能，营养物质及代谢产物可自由地通过这层基质在毛细血管和细胞之间进行交换，基质的主要成分是纤维性细胞间质，间质中的纤维是由成纤维细胞合成的，它们对组织能起到支持和加固的作用，包括胶原纤维、弹性纤维。

胶原纤维新鲜时呈白色，又称白纤维，由胶原蛋白组成，是一种较粗的、具有很的纤维，抗拉力强。胶原纤维分布在几乎所有的结缔组织中，特别是软骨、骨、肌腱、韧带和真皮等部位。

弹性纤维新鲜时呈黄色，又称黄纤维，由弹性蛋白组成。它较胶原纤维细，有分支，交织成网，具有很强的弹性。主要分布于真皮、血管壁和肺组织。骨骼肌肉系统中由弹性纤维为主要成分的结构是黄韧带、项韧带。肌腱的主要成分是排列整齐的胶原纤维，将在肌腱部分中讨论。

肌腱和韧带具有类似的结构和功能。他们都由纤维结缔组织构成，主要承受牵拉功能而自身没有收缩功能。但他们也有明显区别,将分

别讨论。

2. 软组织的生物力学特性软组织属于弹性物质，具有弹性物

体的物理学特性，有弹性体在物理学上的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲5种形变，前三种是最基本的形变及塑性形变，后二种形变由前三种形变复合而成的，也有拉伸应变（0/

）。软组织同时具有粘弹性

材料的三个特点，即：

（1）应力-应变曲线滞后：应力-应变曲线滞后指对物体作周期性加载和卸载，加载和卸载时的应力-应变曲线不重合的特性。在同样

负载下，卸载曲线的拉长比值(受载下的长度与原来长度的比值)要比加载过程中的大，只有在卸载较多负荷情况下才能恢复到原有载荷状态下的变形。即应力-应变曲线的上升曲线与下降曲线不相重合。也即是说，对物体作周期性加载和卸载，加载和卸载时的应力-应变曲线不重合，称为滞后。

（2）应力松弛：应力松弛是指若应变保持一定，则应力随着时间的增加而下降的特性。软组织在负载后发生变形，在此时停止继续加载并固定维谁持这种加载状态，开始时材料内部达到一定应力，以后随着时间延长，出现应力逐渐减少的特性。也即是说，若应变保持一定，则应力随着时间的增加而下降，称为应力松弛。

（3）蠕变：蠕变是指，若应力保持一定，应变随着时间的增加

而增大的特性。对软组织试件突然加载后试件出现一定变形，随着时间的延长，试件形变逐渐增长，这种材料形变与时间的关系曲线称为蠕变曲线。也即是说，若应力保持一定，应变随着时间的增加而增大，称为蠕变。

3. 软组织的适应Wolff定律对骨骼的形状与功能的相互关系作了最明确的表达，即骨随所受的应力而改变。这一定律对关节各组成部分，包括关节软骨、韧带、肌腱、关节囊和滑膜也都适用，可谓是结缔组织的定律。

组织细胞对力的适应不同，取决于所受的是压力还是张力。主要承受压力区，细胞形成软骨特征；主要承受张力区，细胞形成纤维特

征；在压力与张力混合存在区，如椎间盘的纤维环、膝关节的半月板等处，形成纤维软骨。

运动是保持肌力、耐力、关节活动范围所必需的因素。经常进行肌肉收缩，产生最大张力与最大代谢率，使肌力增加。有报道，以最大张力的20％～30％进行每日等长收缩，就可维持日常活动所需的肌力。通过“中枢神经系统的训练”也可增加肌力。Morifan与DeVries 在对患者进行屈肘训练时，测定EMG与关节转矩，8星期后训练肘的前臂肌力增加40％，这是由于肌容量增加；而训练仅1星期时，肌力增加20％，8星期时未训练侧肌力也增加25％，这是由于神经对运动的适应，即中枢传递的改变，使肌肉活动能力提高，而不是肌肉本身的内在改变。另一些研究通过EMG测定证实，增加运动单位的同步化程度，即提高运动单位的兴奋率，在肌肉本身无改变的情况下也可增加肌力。降低拮抗肌的同时性活动，也可增加主动肌的肌力。

耐力与肌力有关。Muellu报道，不活动时，肌力以每日30％减弱。由于肌力、血循环及肌肉线粒体内氧化酶浓度的减少，耐力也降低。

（二）肌腱生物力学特性

1. 肌腱细胞肌腱细胞是肌腱的基本功能单位，它合成和分泌胶原等细胞外基质，维持肌腱组织新陈代谢。肌腱细胞起源于胚胎时期的间充质细胞，是形态发生改变的成纤维细胞，细胞质甚薄成翼状包着纤维束，翼突也伸入纤维束内分隔包裹着胶原纤维。肌腱细胞的

功能是形成肌腱胶原纤维和基质。

2. 肌腱纤维结构的力学基础与成纤维细胞分泌的细胞外基质相比，胶原纤维在肌腱的胞外基质中比例较大，占其中有形成分的70%以上，且特化为抗拉结构。仅有少量纤细的弹力纤维夹杂在胶原纤维之间。肌腱胶原纤维的抗拉性能极强，可承受6kg/mm 2的拉力。

一般认为，肌腱胶原纤维的排列与受力方向平行，但还有部分纤维束呈扭转或交错排列，防止纤维分离，同时也有利于对来自不同方向的力的缓冲。已经明确肌腱组织中含有的胶原有Ⅰ型、Ⅴ型、Ⅵ型、Ⅷ型、Ⅺ型、Ⅻ型、ⅩⅣ型和ⅩⅩ型。其中，Ⅰ型胶原是肌腱组织的主要纤维性胶原，较粗大，起稳定组织的作用。它在肌腱中形成绳索样结构，在皮肤中则形成片状结构。肌腱的构成顺序是原胶原—微纤维—纤维—纤维束—腱，并有膜包裹。

肌腱可以看成是肌肉的一部分，肌腱的一端连接肌肉组织而另一端则连接到骨上，肌腱可以只跨越一个关节也可以跨过两个关节，肌腱周围往往有一层疏松结缔组织或者腱鞘作为保护和滑动结构。肌腱由若干腱细胞及其纤维组合而成，

肌梭是肌肉感受牵拉刺激的梭形感受器，外层为结缔组织囊，囊内是梭内肌纤维，囊外为梭外肌纤维。梭内肌接受γ传出神经支配。肌梭的两端附着于肌腱上，感受肌肉长度，对牵拉特别敏感，受牵拉后发生放电反应和肌梭活动而引起肌肉收缩。这也是叩击肌腱可以引出肌肉收缩（腱反射）的原因，而韧带尚不具备这种功能（详见人体运动控制）。